基于MODIS數(shù)據(jù)的鄭州市霧霾與熱島相關(guān)性分析

王春林 鄒劍波 喬童

摘 要：近年來隨著中國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市化的快速推進(jìn)，我國霧霾污染情況和城市熱島效應(yīng)的現(xiàn)象都較為嚴(yán)重，而城市熱島效應(yīng)會(huì)通過環(huán)流作用影響城市的氣溶膠的分布情況，但城市熱島對(duì)霧霾影響的認(rèn)識(shí)目前仍較匱乏，為揭示城市熱島效應(yīng)與霧霾污染之間的相關(guān)性變化特征，本文基于MODIS遙感衛(wèi)星氣溶膠和地表溫度數(shù)據(jù)，應(yīng)用暗像元算法進(jìn)行氣溶膠光學(xué)厚度的反演和利用城市熱島強(qiáng)度算法進(jìn)行地表溫度值的反演并計(jì)算得到城市熱島強(qiáng)度值，最后采用Pearson相關(guān)指數(shù)統(tǒng)計(jì)分析了鄭州市氣溶膠光學(xué)厚度和熱島強(qiáng)度值的相關(guān)性。

結(jié)果表明：氣溶膠光學(xué)厚度值和熱島強(qiáng)度值總體上呈正弱相關(guān)趨勢，在季節(jié)分析中秋季的相關(guān)性指數(shù)最高，冬季最弱，表明熱島效應(yīng)對(duì)城市空氣污染情況有一定的促進(jìn)作用且具有季節(jié)性變化特征。

關(guān)鍵詞：MODIS；氣溶膠光學(xué)厚度；熱島分布；相關(guān)指數(shù)

引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，霧霾問題正在引起人們的密切關(guān)注，其對(duì)人們的生活質(zhì)量水平影響較大。霧霾是對(duì)大氣中各種懸浮顆粒物含量超標(biāo)的籠統(tǒng)表述，尤其是PM2.5（空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5微米的顆粒物）被認(rèn)為是對(duì)霧霾天氣貢獻(xiàn)最大的物質(zhì)。氣溶膠是其中的重要組成成分，嚴(yán)格含義是指懸浮在氣體中的固體和 （或） 液體微粒與氣體載體共同形成的多相體系。在眾多觀測的大氣氣溶膠的參量中，氣溶膠光學(xué)厚度（AOD） 是一個(gè)重要的光學(xué)參數(shù)，它表示的是氣溶膠粒子對(duì)光的衰減作用，可以用來評(píng)估大氣中氣溶膠的含量和氣候效應(yīng)[7]。

Chu等（2003）利用 MODIS Level2 AOD 產(chǎn)品，研究并證實(shí)了MODIS氣溶膠產(chǎn)品在監(jiān)測全球、區(qū)域和局地大氣污染方面具有顯著應(yīng)用價(jià)值；Lau等（2003）研究表明，MODIS AOD 與地面觀測顆粒物質(zhì)量濃度具有較好的相關(guān)性；曾浩等（2019）在分析中指出霧霾污染與人類活動(dòng)產(chǎn)生的氣溶膠有著密切的聯(lián)系。由于缺乏足夠的地基觀測資料，對(duì)內(nèi)陸半干旱半濕潤地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度的研究較少，蔡子穎等通過對(duì) 2007 年 2 月至 9 月地基遙感資料分析，初步揭示了鄭州地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度的變化特征，并指出夏季城市工業(yè)氣溶膠是鄭州地區(qū)主控粒子之一。大量研究表明，夏季的霧霾情況也越來越嚴(yán)重，與此同時(shí)，夏季正處于鄭州市熱島效應(yīng)較強(qiáng)的時(shí)期，那么為揭示城市熱島效應(yīng)與霧霾天氣之間的影響關(guān)系，曹暢等（2017）在研究中揭示了霧-霾治理可以緩解我國夜間城市熱島現(xiàn)象和熱脅迫，有利于緩解區(qū)域甚至全球氣候變化。廖代強(qiáng)（2002）等在研究中提出城市是人類活動(dòng)最為集中的場所——人口密集，建筑物多，綠地面積相對(duì)較少，污染排放較多，加上各種能源消耗設(shè)施放出大量的能源，增加了數(shù)量可觀的人為加熱，使城市地區(qū)形成了特殊的氣候。杜川利（2013）等研究氣溶膠和城市熱島對(duì)氣溫序列的影響并進(jìn)行了定量分析。李耀錕（2015）等在研究中指出當(dāng)氣溶膠濃度較大時(shí)，吸收作用更顯著一些，此時(shí)城市熱島效應(yīng)的強(qiáng)度會(huì)有一定的增強(qiáng)，但是幅度不大。在上述提到的熱島現(xiàn)象與氣溶膠監(jiān)測研究中我們可發(fā)現(xiàn)氣溶膠與熱島效應(yīng)之間存在一定的因果和間接的影響關(guān)系，但對(duì)它們之間的相關(guān)性研究還不多見。

本文希望通過反演得到城市氣溶膠光學(xué)厚度值和地表溫度值，統(tǒng)計(jì)分析城市氣溶膠光學(xué)厚度值與熱島效應(yīng)之間的相關(guān)性，以探究霧霾與熱島效應(yīng)之間相關(guān)性的變化特征。

1 研究資料

1.1 研究區(qū)域

鄭州市（ 34°44′N ，113°37′E）是河南省省會(huì)，位于河南省中部，下轄 5 個(gè)縣級(jí)市和1個(gè)縣，分別是鞏義市、新鄭市、新密市、滎陽市、登封市和中牟縣。鄭州市總面積為 7446 km2 ，山地丘陵占總面積的2 /3，平原占總面積的 1 /3。鄭州市位于秦嶺東段余脈、中國第二級(jí)地貌臺(tái)階與第三級(jí)地貌臺(tái)階的交接過渡 地帶，處于河南省中部偏北伏牛山脈向黃淮平原的過渡地帶.鄭州市平均海拔高110m ，屬于北溫帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.4℃，年平均降水量640.9mm，冬季寒冷干燥，盛行偏北風(fēng)，夏季炎熱多雨，盛行南風(fēng)。

1.2數(shù)據(jù)介紹

本文采用的是MOD04_3K（全稱MODIS Terra/Aqua Aerosol 5-Min L2 Swath 3km）是NASA發(fā)布的Level 2級(jí)氣溶膠產(chǎn)品，可用來獲取全球海洋和陸地環(huán)境的大氣氣溶膠光學(xué)特性和質(zhì)量濃度，空間分辨率為3km，以HDF4格式提供。下載自 NASA 官網(wǎng)（ http：//ladsweb.nascom.nasagov），時(shí)間序列為2004 年1 月至2018 年12 月。

在研究城市熱島時(shí)，所采用的數(shù)據(jù)為MOD11A2，它是由每日 1KM 地表溫度/發(fā)射率產(chǎn)品（MOD11A1）合成的，存儲(chǔ)的是 8 天中晴好天氣下的地表溫度/發(fā)射率的平均值，投影為正弦曲線投影。MOD11A2有白天和夜間數(shù)據(jù)、質(zhì)量評(píng)估、觀測時(shí)間、觀測角、晴好白天和夜晚的天數(shù)以及不同地表覆蓋類型在波段 31-32 的地表發(fā)射估計(jì)。其時(shí)間序列為2004 年1 月至2018 年12 月。

2 研究方法

本文采用氣溶膠光學(xué)厚度、熱島強(qiáng)度作為城市霧霾與熱島效應(yīng)的度量，然后分別從時(shí)空特征變化和相關(guān)性方面對(duì)鄭州市霧霾與熱島效應(yīng)進(jìn)行研究。其中季節(jié)按照氣象學(xué)劃分，3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季、 12月—翌年2月為冬季.

2.1 暗像元法

本文在分析氣溶膠時(shí)，采用氣溶膠光學(xué)厚度值來代替霧霾強(qiáng)度的反映，需要對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，在這里需要用到暗像元法進(jìn)行處理。

衛(wèi)星遙感反演氣溶膠光學(xué)厚度基本原理見下式：

其中ρ*是表觀反射率（即衛(wèi)星觀測到的反射率）， 為整層大氣反射率（路徑輻射）， 分別為太陽天頂角的余弦、方位角和觀測天頂角的余弦、方位角， T（μ0）和 T（μ）分別表示從太陽到地面、從地面到衛(wèi)星大氣層總的透過率（直射+漫射），S為大氣的球面反照率，系數(shù) 1/（1-ρs）代表地面和大氣層多次散射的作用，因此衛(wèi)星觀測到的反射率ρ*既是氣溶膠光學(xué)厚度的函數(shù)，又是下墊面反射率的函數(shù)。如果知道了下墊面的反射率 ρ，并假定一定大氣氣溶膠模型根據(jù)公式即可反演得到氣溶膠光學(xué)厚度。

當(dāng)陸地表面的植被覆蓋度比較高、有河流湖泊存在、或者土壤的濕度比較大時(shí)，在遙感影像上這部分地物所呈現(xiàn)的像元很暗，這是由于這類地物在可見光波段的反射率很低的原因造成的，我們把這部分像元稱作暗像元，將表現(xiàn)為暗像元的這類地物稱作暗目標(biāo)。大量的研究表明在天氣狀況比較理想的條件下，即大氣當(dāng)中的云量較少時(shí)，在暗目標(biāo)上空衛(wèi)星傳感器所觀測到的地物反射率隨著氣溶膠光學(xué)厚度的增加而增加，利用這種單調(diào)性可以通過地物的反射率推算出氣溶膠光學(xué)厚度，這種算法就被稱作暗像元法DDV（Dense Dark Vegetation）。在NASA 官 網(wǎng)采用經(jīng)典的 DT（Dark Target，暗目標(biāo)或暗像元）算法進(jìn)行反演，得到了目前空間分辨率較高的氣溶膠產(chǎn)品。暗像元法是目前關(guān)于陸地上空氣溶膠光學(xué)厚度反演應(yīng)用最廣泛的算法[9]。

2.2地表溫度反演

本文使用的MODIS地表溫度數(shù)據(jù)為MOD11A2數(shù)據(jù)，通過MRT軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由于需要對(duì)所處理的氣溶膠光學(xué)厚度數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間匹配，所以提取的波段是LST_Day_1km（白天地表溫度），然后用ArcGIS對(duì)經(jīng)過MRT處理后的 影像按照鄭州市的行政區(qū)邊界進(jìn)行裁剪，得到的圖像即為鄭州市地表溫度影像. 運(yùn)用影像上像元的亮度值 與地表溫度之間的定量關(guān)系，通過公式（1）將像元的亮度值BLST轉(zhuǎn)化為地表溫度值（℃）[10]。

TLST = 0.02BLST - 273.15 （1）

地表溫度即通過公式（1）得到的地表溫度值，然后以行政區(qū)邊界劃分市區(qū)和郊區(qū)，將中原區(qū)、二七區(qū)、管城區(qū)、金水區(qū)和惠濟(jì)區(qū)劃分為市區(qū)，將中牟縣、新鄭市、新密市、登封市、鞏義市、滎陽市和上街區(qū)劃分為郊區(qū)。熱島強(qiáng)度TUHI由市區(qū)平均地表溫度（Turban）與郊區(qū)平均地表溫度（Trural）的差得出[11-13] .

TUHI = Turban - Trural

由于受大尺度環(huán)流、冷空氣等多種因素的影響，城市的熱島中心有時(shí)候會(huì)發(fā)生偏移甚至異常，少量的遙感數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確反映城市熱島的分布狀況[14] . 因此，本文使用長時(shí)間序列的地表溫度平均資料來更客觀地反映鄭州的熱島分布狀況.

2.3相關(guān)性指數(shù)

相關(guān)系數(shù)是在直線相關(guān)條件下，表明兩個(gè)現(xiàn)象之間相關(guān)關(guān)系的方向和密切程度的綜合性指標(biāo)[15]。相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值越大，相關(guān)性越強(qiáng)：相關(guān)系數(shù)越接近于1或-1，相關(guān)度越強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)越接近于0，相關(guān)度越弱。一般用樣本數(shù)據(jù)計(jì)算。其具體的計(jì)算過程如下：

相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式：

其中，E代表數(shù)學(xué)期望， cov是協(xié)方差， σX和σY分別是量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。由于存在 ，對(duì)于Y，也有 ，故公式也可以寫成：

3結(jié)果與分析

3.1鄭州市氣溶膠光學(xué)厚度變化分析

在眾多觀測的大氣氣溶膠的參量中，氣溶膠光學(xué)厚度（ AOD） 是一個(gè)重要的 光學(xué)參數(shù)，它表示的是氣溶膠粒子對(duì)光的衰減作用，可以用來評(píng)估大氣中氣溶膠的含量和氣候效應(yīng)，其具體代表含義如表3-1所示。本文選擇NASA發(fā)布的Level 2級(jí)的MODIS氣溶膠產(chǎn)品數(shù)據(jù)集的MOD04_3K氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）產(chǎn)品，其空間分辨率為3km，以HDF4格式存儲(chǔ)。

在獲取MODIS氣溶膠數(shù)據(jù)之后，在HEG軟件平臺(tái)上進(jìn)行波段提取，然后使用 MRT 軟件進(jìn)行批量的裁剪處理，最后在 ArcGIS的支持下，將一天內(nèi)不同時(shí)段的 MOD04_3K 數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理并進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì)，得出各尺度下鄭州市范圍內(nèi)柵格像元的平均值結(jié)果，如圖2為鄭州市2004-2018年各年的鄭州市AOD值分布圖。

3.1.1氣溶膠光學(xué)厚度時(shí)間變化特征

圖3為使用一元線性回歸方法對(duì)鄭州市2004-2018年近15年的氣溶膠厚度值的分析結(jié)果。由以上數(shù)據(jù)可以看出，在近15年中鄭州市的年AOD均值在0.60～1.02變化，其中2011年最高為1.02，2018年最低為0.60。使用線性回歸的結(jié)果顯示氣溶膠光學(xué)厚度值呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢，下降的速率為每年0.53%，但經(jīng)過對(duì)年際序列的觀測，其變化階段應(yīng)以2011年為界限，第一階段為2004年到2011年呈顯著增長的趨勢，而在2011到2018年，則呈現(xiàn)顯著的下降的趨勢，其中2004-2011年AOD值年均增長率為7.79%，表明鄭州市在這一段時(shí)期污染情況加重，在2011年到2018年，鄭州市AOD值年均增長率為-5.88%，表明在這一期間，鄭州市空氣污染治理卓有成效，空氣質(zhì)量顯著改善，這與鄭州市在2014 年響應(yīng)國務(wù)院發(fā)布的《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，制定了《大氣污染防治條例》，并于2015年3月開始實(shí)施，同時(shí)在重污染天氣啟動(dòng)應(yīng)急方案，治理大氣污染的行動(dòng)相對(duì)應(yīng)。

圖4為2005、2010、2015年的AOD均值分布圖。在對(duì)各季節(jié)的分析中可以得知鄭州市氣溶膠厚度值在夏季時(shí)最高，為0.97，春季次之，為0.89，秋季為0.70，冬季最小，為0.65，由結(jié)果來看與河南省的氣溶膠光學(xué)厚度季節(jié)變化一致[16]。近15年來鄭州市春季的AOD值都在0.7以上，總體趨勢呈現(xiàn)“3峰”態(tài)勢，第一峰值出現(xiàn)在2007年（1.15），第二峰值為2012年（1.01），第三峰值為2015年（0.97），雖然春季AOD值波動(dòng)較大，這是由于春季鄭州市土地解凍，大風(fēng)較多，較大的風(fēng)速使道路和施工工地產(chǎn)生更多的揚(yáng)塵，從而增加氣溶膠光學(xué)厚度但總體上卻處于下降趨勢，表明春季的空氣質(zhì)量在逐漸改善；夏季的AOD處于全年中的最高值，同時(shí)其波動(dòng)程度極為劇烈，較大的峰值出現(xiàn)在2007年（1.15）、2011年（1.46），這主要是由于夏季鄭州處于雨季，空氣濕度開始升高，從而吸濕性的氣溶膠粒子散射效率也會(huì)提高，從而使氣溶膠光學(xué)厚度增大[17-18]。另一方面夏季處于小麥?zhǔn)斋@的季節(jié)，夏季氣溶膠光學(xué)厚度的升高也與焚燒秸稈有關(guān)[19]，同時(shí)由于近幾年加大對(duì)焚燒秸稈的查處，鄭州夏季的AOD值處于下降的態(tài)勢。秋季的AOD值處于平穩(wěn)狀態(tài)，這與秋季天氣系統(tǒng)穩(wěn)定，空氣濕度適中等穩(wěn)定的天氣因素有關(guān)。冬季的氣溶膠厚度值最低，這顯然與在冬季容易出現(xiàn)重污染天氣是不符合的。這是由于該氣溶膠產(chǎn)品的反演算法是按照暗像元法進(jìn)行的，而該種方法是基于下墊面為濃密植被等在可見光波段反射率極低的區(qū)域建立起來的，在冬季鄭州市則植被覆蓋率很低，同時(shí)大規(guī)模的霧霾天氣也會(huì)影響對(duì)氣溶膠的反演，因此冬季的有效數(shù)據(jù)較少，從而導(dǎo)致冬季的氣溶膠光學(xué)厚度的平均結(jié)果與實(shí)際值不符，其代表性較差。

3.1.2氣溶膠光學(xué)厚度空間變化特征

在對(duì)鄭州市2004-2018年氣溶膠光學(xué)厚度值進(jìn)行空間分析時(shí)，如圖4可以發(fā)現(xiàn)鄭州市AOD值東部高于西部，北部高于南部。這是由于鄭州市區(qū)較其他地區(qū)經(jīng)濟(jì)更加發(fā)達(dá)，人口密度大，人為氣溶膠產(chǎn)生較多，所以氣溶膠光學(xué)厚度也相對(duì)較高，而AOD值較低的地區(qū)大多為郊區(qū)和山區(qū)，因?yàn)樵诮紖^(qū)縣市人口密度小，人類活動(dòng)較經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)產(chǎn)生的氣溶膠少，同時(shí)在山區(qū)植被覆蓋率高，可以減少氣溶膠進(jìn)入大氣，同時(shí)也有一定的吸附作用[20]。在與鄭州市地形圖相匹配比較時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)AOD低值區(qū)與海拔較高的地區(qū)基本對(duì)應(yīng)，也可以印證這一發(fā)現(xiàn)。在春季和夏季的氣溶膠光學(xué)厚度高值區(qū)范圍較年均高值范圍大，高值區(qū)和低值區(qū)的分布形態(tài)與年均 值的一致。夏季中牟縣西北部、鄭州市區(qū)、滎陽市及鞏義市西北部的氣溶膠光學(xué)厚度均大于1.2。秋、冬季的氣溶膠光學(xué)厚度則明顯降低，整個(gè)鄭州市的氣溶膠光學(xué)厚度均小于 0.8。同時(shí)，在冬季時(shí)發(fā)現(xiàn)市區(qū)的AOD值比郊區(qū)的值低，這是由于所選用的遙感數(shù)據(jù)是通過深藍(lán)算法進(jìn)行反演的，從而導(dǎo)致該時(shí)段氣溶膠光學(xué)厚度平均結(jié)果的代表性差有關(guān)。

3.2鄭州市熱島效應(yīng)變化分析

我們選擇MOD11A2數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在MRT軟件中進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、重投影和裁剪操作，然后在ArcGIS中進(jìn)行數(shù)學(xué)和空間統(tǒng)計(jì)分析，得到城區(qū)與郊區(qū)的溫度值，從而求取差值得到熱島強(qiáng)度值進(jìn)行年際和季節(jié)變化分析。

由圖5可見，鄭州市熱島的年變化如圖所示，總體上，鄭州市城市熱島效應(yīng)強(qiáng)度呈波動(dòng)上升的態(tài)勢。對(duì)2004—2018年的熱島進(jìn)行研究.由圖可見，從2004—2018年，鄭州熱島強(qiáng)度總體上是增長的趨勢，最高值出現(xiàn)在2014年，為1.12，最低值出現(xiàn)在2010年，為0.26；2004-2007年熱島強(qiáng)度呈上升態(tài)勢，但上升趨勢較弱；2007—2010年的熱島強(qiáng)度呈下降趨勢，下降態(tài)勢較為明顯，在2010年達(dá)到最低值，但是在2012年卻達(dá)到一個(gè)高值，為0.8℃，隨后2013-2018年則呈現(xiàn)出先上升后緩慢下降的趨勢， 2014年之后熱島強(qiáng)度變化較為平穩(wěn)，呈緩慢下降的趨勢。.

從圖6中的熱島強(qiáng)度季節(jié)分布圖中可以看出，鄭州市在夏季的熱島強(qiáng)度最強(qiáng)，春季其次，秋冬較低. 這與所得到的AOD值季節(jié)分布圖的分布特征有共同之處，在夏季城市熱島強(qiáng)度達(dá)到全年的最高值，這與鄭州市全年的熱島強(qiáng)度變化趨勢有所不同，夏季熱島強(qiáng)度在2012年達(dá)到最高值（2.15），在2005年為最低值（0.039），其余年份則變化不大，變化趨勢較為平緩。另外根據(jù)圖4鄭州市氣溶膠光學(xué)厚度季節(jié)分布圖中夏季氣溶膠光學(xué)厚度值達(dá)到全年的最大值，這也證明出氣溶膠光學(xué)厚度值與熱島強(qiáng)度值有著一定的相關(guān)關(guān)系，從而為我們進(jìn)一步研究這之間的相關(guān)性提供了思路。

然后在對(duì)熱島強(qiáng)度的空間分布上來看，如圖7所示，鄭州市的地表溫度高值區(qū)位于鄭州市區(qū)和郊區(qū)的行政中心全年局地?zé)釐u強(qiáng)度并不存在強(qiáng)熱島及以上的區(qū)域，主要以中等熱島和弱熱島為主，中等熱島區(qū)主要位于鄭州市區(qū)和郊區(qū)行政中心. 這是由于市區(qū)的植被覆蓋率低于郊區(qū)，而不透水面積卻高于郊區(qū)，在夏季溫度升高快于郊區(qū)，所以在市區(qū)會(huì)出現(xiàn)熱島中心，而在秋冬兩季，市區(qū)溫度下降的速率快于郊區(qū)，會(huì)出現(xiàn)反熱島的現(xiàn)象，出現(xiàn)市區(qū)溫度小于郊區(qū)的特點(diǎn)[2]。

3.3氣溶膠光學(xué)厚度值與熱島強(qiáng)度相關(guān)性變化分析

通過觀察所得到的AOD和熱島強(qiáng)度數(shù)據(jù)，在氣溶膠光學(xué)厚度值增長時(shí)，其熱島強(qiáng)度值也隨之略微增長，推測氣溶膠光學(xué)厚度AOD與熱島強(qiáng)度值可能存在一定的相關(guān)關(guān)系，并且這種相關(guān)是正相關(guān)。利用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)氣溶膠光學(xué)厚度AOD及熱島強(qiáng)度值做Pearson相關(guān)性分析。首先對(duì)氣溶膠光學(xué)厚度值與熱島強(qiáng)度值做年際相關(guān)性分析。如圖8、9所示，結(jié)果表明AOD與熱島強(qiáng)度指數(shù)的相關(guān)性在2015年達(dá)到最大值，為0.671呈顯著相關(guān)性；2016年相關(guān)指數(shù)為最低值0.117，相關(guān)程度呈正弱相關(guān)性，其余年份的相關(guān)指數(shù)為0.2-0.5，相關(guān)程度處于弱相關(guān)與相關(guān)之間，這也表明氣溶膠光學(xué)厚度值與熱島強(qiáng)度值的相關(guān)性處于弱相關(guān)與相關(guān)程度之間。然后再將所得到的數(shù)據(jù)按照季節(jié)進(jìn)行劃分，分析之后，從總體上看秋季的相關(guān)性最高為0.243，夏季的相關(guān)性次之，為0.223，春季為0.009，冬季為-0.024，且各季度的置信度均小于0.01，如表3-2所示，在顯著性上表現(xiàn)為兩者相關(guān)，具有一定的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但總體上相關(guān)性不高。秋季在各季節(jié)中的相關(guān)性最高，這是由于鄭州市秋季天氣穩(wěn)定，植被覆蓋度符合MODIS氣溶膠數(shù)據(jù)反演的標(biāo)準(zhǔn)，所以氣溶膠光學(xué)厚度值反演得較為準(zhǔn)確，與熱島強(qiáng)度值的相關(guān)性較高。而在冬季則由于植被覆蓋度低，霧霾天氣增多影響氣溶膠光學(xué)厚度的反演，所以在進(jìn)行相關(guān)性分析時(shí)冬季的相關(guān)性指數(shù)為負(fù)值，從而呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的趨勢。但在春、夏兩季則為正相關(guān)。因此總結(jié)來看，熱島強(qiáng)度值對(duì)氣溶膠光學(xué)厚度值總體上呈現(xiàn)出正相關(guān)的趨勢。

城市熱島強(qiáng)度值的增加，造成城區(qū)與郊區(qū)溫度差升高，造成城區(qū)與郊區(qū)形成大氣環(huán)流，將郊區(qū)工廠所產(chǎn)生的空氣吹向市區(qū)，造成城區(qū)空氣質(zhì)量變差，氣溶膠光學(xué)厚度值增加，而城市熱島效應(yīng)在夏秋季較為嚴(yán)重，所以在夏秋季的相關(guān)性較強(qiáng)，而在冬春兩季則較小，甚至形成負(fù)值。這也就印證了城市熱島效應(yīng)對(duì)于氣溶膠增多的促進(jìn)作用，同時(shí)氣溶膠對(duì)城市熱島強(qiáng)度在時(shí)間維度上，在穩(wěn)定的天氣狀況下，夏秋季影響高于春冬季，大部分時(shí)間為正相關(guān)，但在冬季形成負(fù)相關(guān)。在氣溫突變天氣突變的春秋季節(jié)里有不分時(shí)間段為負(fù)相關(guān)，這與較強(qiáng)的空氣對(duì)流和天氣突變有關(guān)[15]。

4結(jié)論

1.2004-2018年近15年的氣溶膠光學(xué)厚度值平均值為0.804，其總體呈雙峰趨勢，其在2011年AOD值最高，之后則逐年下降，表明近幾年鄭州市空氣質(zhì)量正在逐漸改善，空氣污染治理情況取得巨大的成效。在氣溶膠光學(xué)厚度的季節(jié)分布情況來看，夏季最高，春季次之，冬季由于深藍(lán)算法反演的緣故，從而導(dǎo)致AOD值最低。另外鄭州市氣溶膠光學(xué)厚度值空間分布為北高南低，城區(qū)高，郊區(qū)低的分布特征。

2.2004-2018年鄭州市白天熱島強(qiáng)度呈現(xiàn)“3峰”態(tài)勢，峰值出現(xiàn)在2007年、2012年和2014年，但在近3年的趨勢變化中，熱島強(qiáng)度值呈下降的趨勢，反映出鄭州市熱島生態(tài)環(huán)境正在改善，同時(shí)在季節(jié)分布特征看，夏季熱島強(qiáng)度最高，春季次之，冬季最小。

3.在對(duì)二者之間進(jìn)行相關(guān)性分析時(shí)，其總體上呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，表明城市氣溶膠的存在對(duì)城市熱島效應(yīng)有著促進(jìn)的影響。但兩者之間的相關(guān)指數(shù)較低，秋季的相關(guān)性最高僅為0.243，其他季節(jié)都比較低，所以二者之間的相關(guān)性較低，呈正弱相關(guān)趨勢。

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